雙黑洞并合示意圖
圖片來源：SXS

本報記者 徐 玢 高 博 張蓋倫 劉園園

北京時間6月16日凌晨，美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）與歐洲Virgo引力波探測器在美國天文學會圣地亞哥會議上共同宣布，在高新LIGO探測器的數(shù)據(jù)中確認了又一起黑洞并合事件。

確認不是孤例

中國科學技術(shù)大學天文系教授蔡一夫說，LIGO宣布初次發(fā)現(xiàn)前，大家對引力波探測和中小質(zhì)量黑洞探測感到悲觀，懷疑這一技術(shù)不成熟。四個月前人類首次探測到引力波后，有學者認為這是一起觀測孤例。

“他擔憂地說：‘下次觀測到不知是猴年馬月了’。果然，在‘猴年馬月’又宣布了一項觀測結(jié)果?！辈桃环蛘f。

“遵循天文學傳統(tǒng)，兩個事件就是一個族群了，所以我們終于可以說發(fā)現(xiàn)了雙黑洞的族群?！焙钡诙煼秾W院副教授、引力波研究者范錫龍說。

“如果這次引力波事件的確來自兩個10倍左右太陽質(zhì)量的黑洞并合，那么說明今后這種高頻引力波探測的事件檢測率將會比較高?！敝锌圃焊吣芪锢硭芯繂T張雙南在網(wǎng)絡(luò)上說，第一個引力波事件來自兩個30倍左右太陽質(zhì)量的黑洞的并合，那種黑洞以前科學家所知甚少，而10倍左右太陽質(zhì)量的黑洞在銀河系和附近星系內(nèi)很常見，有利其電磁波對應體的搜尋。

“引力波信號，如同在浩渺宇宙中給出了一個方向，圈出了一個區(qū)域，發(fā)揮著‘指哪打哪’的作用。我們可以進一步去尋找引力波事件的電磁對應體，去多方面確證黑洞的性質(zhì)?！敝袊茖W院國家天文臺研究員茍利軍告訴科技日報記者。

新技術(shù)立功了

“這次難度比上次更大。”范錫龍說，“在噪聲中發(fā)現(xiàn)信號，就好像在雞群中找仙鶴。上次的引力波信號GW150914很強烈，好像是一群雞里一下子看到了一只成年仙鶴。這次的信號比較微弱，好像要找出一只和雞差不多大的小仙鶴，光看個頭是行不通了，還要全面對比細節(jié)。這次用到的技術(shù)叫“匹配濾波”，能找出更弱的信號?！?/p>

范錫龍說，多次優(yōu)化后，該技術(shù)可實時處理數(shù)據(jù)，這次信號在到達探測器70秒后就被發(fā)現(xiàn)了！這也為科學家尋找更多、更弱的引力波信號開辟了新的渠道?！半m然比較弱，這次信號的致信度還是高于5希格瑪。這說明雖然體型小，但是一只小仙鶴還是和其它雞有顯著的不同?！?/p>

范錫龍說，LIGO積累的數(shù)據(jù)中，其實有不少“疑似”雙黑洞并合信號。但只有置信度高于5希格瑪?shù)慕Y(jié)果才能被確認。這次“雙黑洞繞轉(zhuǎn)并合”的引力波信號GW151226由位于美國路易斯安那州和華盛頓州的一對LIGO探測器分別測出。

“第一時間的科學發(fā)現(xiàn)總是非常困難，需要非常慎重，反復檢查結(jié)果，但一旦能夠確認、熟悉這種信號的特征，就會變成一種常規(guī)的技術(shù)?！敝袊茖W院高能物理研究所研究員曹俊在網(wǎng)絡(luò)上說，“據(jù)我所知，LIGO手上還有四五個這樣的信號，只是現(xiàn)在還不能確認，需要進一步檢查?！?/p>

這次并合更慢

范錫龍指出，這次觀測到的GW151226的信號長度（1秒）比GW150914（0.2秒）長，意味著可以在LIGO的觀測區(qū)域內(nèi)看到兩個黑洞繞轉(zhuǎn)更多圈數(shù)，這有助于精確測量它們繞轉(zhuǎn)的軌道周期變化。

雙黑洞并合是個越繞越近、越繞越快的過程?？茖W家希望它倆別太心急，悠著點兒。這樣就能看到雙黑洞繞轉(zhuǎn)更多圈。LIGO這次幸運地觀察到了一對有耐心的黑洞。

“此次并合的兩顆黑洞質(zhì)量分別為約14倍和約8倍太陽質(zhì)量，小于上次發(fā)現(xiàn)的雙黑洞。它們繞轉(zhuǎn)周期的變化速度更慢，這次科學家看到了兩顆黑洞互相繞轉(zhuǎn)了50多圈，而上次僅看到20多圈。這對于希望確定黑洞質(zhì)量的科學家來說是好消息?！狈跺a龍說。

發(fā)現(xiàn)黑洞自旋信息

“此次的一個重大發(fā)現(xiàn)是獲得了黑洞并合前的自旋信息?！狈跺a龍說，雙黑洞的自旋方向?qū)斫怆p黑洞形成機制很重要。

“科學家認為雙黑洞系統(tǒng)有兩種形成可能：孤立雙星演化，或者一顆黑洞捕捉另一顆。孤立雙星演化形成的雙黑洞，一般來說自旋方向關(guān)系著軌道繞轉(zhuǎn)方向?！狈跺a龍說，上次發(fā)現(xiàn)的黑洞系統(tǒng)由于繞轉(zhuǎn)太快，很難測出自旋信息。而這次科學家確信，雙黑洞中至少有一個黑洞有自旋。（原標題：又“聽”黑洞并合，“猴年馬月”并不遙遠）